CN113919035A - 基于bim和gis的电子沙盘构建方法和系统 - Google Patents

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杜文广
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陈雷
姜锐
崔建军
邱立权
宋春晓
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Abstract

本申请提供一种基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法和系统。该方法用于建立建筑工程施工的电子沙盘，包括：基于GIS技术，建立建筑工程施工场所的三维地理信息模型；基于BIM技术，构建建筑工程施工的建筑信息模型，并对建筑信息模型进行剪裁；根据三维地理信息模型和剪裁后的建筑信息模型，生成建筑工程施工的电子沙盘。籍此，使建筑工程施工从设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结，各种信息始终整合于电子沙盘中，各方可基于该电子上进行协同工作，实现各方融通联动，提高信息化监管能力，提高建筑行业全产业链资源配置效率，有效提高工作效率、节省资源、降低成本、以实现可持续发展。

Description

基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法和系统
技术领域
本申请涉及勘测技术领域，特别涉及一种基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法和系统。
背景技术
BIM(Building Information Modeling)技术是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，通过对建筑的数据化、信息化模型整合，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，为设计团队以及包括建筑、运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础。
地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)是一门综合性学科，结合地理学与地图学以及遥感和计算机科学，已经广泛的应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统。
在2020年，我国多部门多次提出加快推动新一代信息技术与建筑工业化技术协同发展，在建造全过程加大建筑信息模型(BIM)、互联网、物联网、大数据、云计算、移动通信、人工智能、区块链等新技术的集成与创新应用；大力推广建筑信息模型(BIM)技术；充分利用社会资源，共同建立、维护基于BIM技术的标准化部品部件库，实现设计、采购、生产、建造、交付、运行维护等阶段的信息互联互通和交互共享。
在此基础上，基于BIM技术为策划中的施工组织排摆提供真实依据，为方案策划显示项目工程量，加快推进BIM技术在新型建筑工业化全寿命期的一体化集成应用已经成为亟需解决的问题之一。
发明内容
本申请的目的在于提供一种基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法和系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
本申请提供了一种基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法，用于建立建筑工程施工的电子沙盘，包括：步骤S101、基于GIS技术，建立所述建筑工程施工场所的三维地理信息模型；步骤S102、基于BIM技术，构建所述建筑工程施工的建筑信息模型，并根据所述三维地理信息模型，对所述建筑信息模型进行剪裁；步骤S103、根据所述三维地理信息模型和剪裁后所述建筑信息模型，生成所述建筑工程施工的电子沙盘。
优选的，步骤S101具体为：根据获取的所述建筑工程施工场所的点云数据，生成所述三维地理信息模型。
优选的，在步骤S101中，通过无人机外挂激光雷达，对所述建筑工程施工场所进行扫描，得到所述建筑工程施工场所的点云数据。
优选的，在步骤S102中：基于BIM技术，根据所述建筑工程施工中的施工规划，在所述三维地理信息模型中，生成所述建筑工程施工的建筑信息模型，其中，所述施工规划包括：道路规划、桥梁规划和隧道规划，所述建筑信息模型包括：道路信息模型、桥梁信息模型和隧道信息模型。
优选的，在步骤S102中，根据所述道路规划，确定所述道路信息模型的里程，以在所述三维地理信息模型中建立所述道路信息模型的道路中心线；且根据所述道路规划建立道路横断面，使所述道路横断面沿所述道路中心线扫掠，生成所述道路信息模型。
优选的，所述根据所述道路信息模型对所述三维地理信息模型进行剪裁具体为：在所述三维地理信息模型中，对所述道路信息模型位于所述三维地理信息模型的设定地面以上部分添加路堤边坡，对所述道路信息模型位于所述三维地理信息模型的设定地面以下的部分进行开挖。
优选的，在步骤S102中，根据所述施工规划中的预设定位点，对所述道路信息模型、所述桥梁信息模型和所述隧道信息模型进行拼装，生成所述建筑工程施工的建筑信息模型。
优选的，步骤S103具体为：将所述建筑信息模型在所述三维地理信息模型中集成，生成所述建筑工程施工的电子沙盘。
本申请实施例还提供一种基于BIM和GIS的电子沙盘构建系统，用于建立建筑工程施工的电子沙盘，包括：GIS模型构建单元，配置为基于GIS技术，构建所述建筑工程施工场所的三维地理信息模型；BIM模型构建单元，配置为基于BIM技术，构建所述建筑工程施工的建筑信息模型；电子沙盘生成单元，配置为根据所述建筑信息模型和所述三维地理信息模型，生成所述建筑工程施工的电子沙盘。
有益效果：
本申请实施例提供的技术方案，基于GIS技术，建立建筑工程施工场所的三维地理信息模型；基于BIM技术，构建建筑工程施工的建筑信息模型，并根据三维地理信息模型，对建筑信息模型进行剪裁；根据三维地理信息模型和剪裁后的建筑信息模型，生成建筑工程施工的电子沙盘。籍此，使建筑工程施工从设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结，各种信息始终整合于电子沙盘中，各方(监理、施工、设计、运营等)可基于该电子上进行协同工作，实现各方融通联动，提高信息化监管能力，提高建筑行业全产业链资源配置效率，有效提高工作效率、节省资源、降低成本、以实现可持续发展。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：
图1为根据本申请的一些实施例提供的一种基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法的流程示意图；
图2为根据本申请的一些实施例提供的一种基于BIM和GIS的电子沙盘构建系统的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
图1为根据本申请的一些实施例提供的一种基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法的流程示意图；如图1所示，该基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法，用于建立建筑工程施工的电子沙盘，具体包括：
步骤S101、基于GIS技术，建立建筑工程施工场所的三维地理信息模型；具体的，根据获取的建筑工程施工场所的点云数据，生成三维地理信息模型。
在本申请实施例中，通过无人机外挂激光雷达，对建筑工程施工场所进行扫描，得到建筑工程施工场所的点云数据。基于点云数据，生成建筑施工场所的地形实体，比如，将点云数据导入civil3D、纬地、CASS等软件。在此，需要说明的是，由于无人机巡航误差，在对建筑工程施工场所进行扫描时，可能会得到建筑工程施工场所的废点(错误的点云数据)，在生成建筑施工场所的地形实体时，通过手动操作将废点进行删除。籍此，保证三维地理信息模型的准确性。
在本申请实施例中，还可以通过倾斜摄影等技术对建筑工程施工场所的指定区域拍摄侧向影像，结合激光雷达扫描得到的点云数据，生成带有纹理的建筑施工场所的地形信息。籍此，进一步提高三维地理信息模型的精度。具体的，三维地理信息模型的精度小于等于10厘米。
步骤S102、基于BIM技术，构建建筑工程施工的建筑信息模型，并根据所述三维地理信息模型，对所述建筑信息模型进行剪裁；
具体的，基于BIM技术，根据建筑工程施工中的施工规划，在三维地理信息模型中，生成建筑工程施工的建筑信息模型，其中，施工规划包括：道路规划、桥梁规划和隧道规划，建筑信息模型包括：道路信息模型、桥梁信息模型和隧道信息模型。
在本申请实施例中，根据施工规划中的各项设计参数，在三维地理信息模型中构建相应的信息模型。具体的，根据道路规划，确定道路信息模型的里程，以在三维地理信息模型中建立道路信息模型的道路中心线，且根据道路规划建立道路横断面，使道路横断面沿道路中心线扫掠，生成道路信息模型。
在本申请实施例中，在三维地理信息模型中生成道路中心线，新建道路通过设计曲线要素绘制，新建临时便道根据设计的道路规划绘制；在道路中心线生成之后，根据道路规划中的道路横断面参数，在三维地理信息模型中生成道路横断面，使道路横断面沿道路中心线扫掠，生成道路实体模型，即道路信息模型。其中，新建道路通过设计道路横断面生成，新建临时便道通过便道车辆的信息以及承载力生成。
在本申请实施例中，根据道路规划的设计参数，对转弯、掉头区域等进行偏移、加宽，籍此，使生成的道路信息模型更加精确，更符合建筑工程施工的实际需求，有效提高电子沙盘的精度。
在本申请实施例中，由于道路信息模型和三维地理信息模型的高程不同，在三维地理信息模型中根据施工规划生成道路信息模型后，道路信息模型与三维地理信息模型可能会产生干涉交叉或分离。其中，干涉交叉的部分为建筑工程施工时需要开挖的部分，而分离的部分则是建筑工程施工时需要添加的部分。为了是电子沙盘能够更为精准的反映建筑工程施工的实际情形，根据道路信息模型对三维地理信息模型进行剪裁。具体的，在三维地理信息模型中，对道路信息模型位于三维地理信息模型的设定地面以上部分添加路堤边坡，对道路信息模型位于三维地理信息模型的设定地面以下的部分进行开挖。籍此，有效提高电子沙盘与建筑工程施工的匹配精度。需要说明的是，桥梁信息模型和隧道信息模型的生成、剪裁过程与道路信息模型的生成、剪裁过程相类似，在此不再一一赘述。
在本申请实施例中，在生成建筑信息模型过程中，根据各模型精度要求的不同，对应建立不同精度等级的模型。通常为5个精度等级，具体如下：
LOD100：一般为规划、概念设计阶段。包含建筑工程施工的基本体量信息(例如长、宽、高、体积、位置等)，以帮助建筑工程施工参与方尤其是设计与业主方进行总体分析(如容量、建设方向、每单位面积的成本等)。
LOD200：设计阶段。一般为设计开发及初步设计上；包括建筑工程施工中建筑物近似的数量、大小、形状、位置和方向；同时还可以进行一般性能化的分析。
LOD300：细部设计。这里建立的BIM模型构件中包含了精确数据(例如尺寸、位置、方向等信息)；可以进行较为详细的分析及模拟(例如碰撞检查、施工模拟等)。其中，LOD350是在LOD300基础之上再加上建筑系统(或组件)间组装所需之接口(interfaces)信息细节。
LOD400：施工及加工制造、组装。BIM模型包含了完整制造、组装、细部施工所需的信息。
LOD500：竣工后的模型。包含了建筑工程施工在竣工后的数据信息，包括实际尺寸、数量、位置、方向等，该模型可以直接交给运维方作为运营维护的依据。
在本申请实施例中，在道路信息模型、桥梁信息模型和隧道信息模型生成完毕后，还需要根据要求对其进行拼装，形成完整的建筑信息模型。具体的，根据施工规划中的预设定位点，对道路信息模型、桥梁信息模型和隧道信息模型进行拼装，生成建筑工程施工的建筑信息模型。在道路信息模型、桥梁信息模型和隧道信息模型拼装完毕后，分别根据模型的平面、立面、剖面与施工规划中的各项实际参数进行对比，以确定建筑信息模型是否有误，提高建筑信息模型的精度。
步骤S103、根据建筑信息模型和三维地理信息模型，生成建筑工程施工的电子沙盘。
具体的，将建筑信息模型在三维地理信息模型中集成，生成建筑工程施工的电子沙盘。
在本申请实施例中，通过将建筑信息模型在三维地理信息模型中集成，不但实现了建筑工程施工在外观上的可视化，同时由于三维地理信息模型、建筑信息模型均是根据实际勘测或施工规划生成，因而形成的电子沙盘具有工程属性，可以由电子沙盘直接抽取施工图纸，导出相应的材料报表等信息，有效提高建筑工程施工的效率，使建筑工程施工可以在短时间内完成临建布置，实现VR虚拟化显示，自动生成工程量信息等。
在本申请实施例中，基于GIS技术，建立建筑工程施工场所的三维地理信息模型；基于BIM技术，构建建筑工程施工的建筑信息模型；根据建筑信息模型和三维地理信息模型，生成建筑工程施工的电子沙盘。籍此，使建筑工程施工从设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结，各种信息始终整合于电子沙盘中，各方(监理、施工、设计、运营等)可基于该电子上进行协同工作，实现各方融通联动，提高信息化监管能力，提高建筑行业全产业链资源配置效率，有效提高工作效率、节省资源、降低成本、以实现可持续发展。
图2为根据本申请的一些实施例提供的一种基于BIM和GIS的电子沙盘构建系统的示意图；如图2所示，该基于BIM和GIS的电子沙盘构建系统用于建立建筑工程施工的电子上，包括：GIS模型构建单元、BIM模型构建单元和电子沙盘生成单元。GIS模型构建单元配置为基于GIS技术，构建建筑工程施工场所的三维地理信息模型；BIM模型构建单元，配置为基于BIM技术，构建建筑工程施工的建筑信息模型；电子沙盘生成单元，配置为根据建筑信息模型和三维地理信息模型，生成建筑工程施工的电子沙盘。
本申请实施例提供的基于BIM和GIS的电子沙盘构建系统能够实现上述任一基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法实施例的流程，并达到基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法实施例的有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法，用于建立建筑工程施工的电子沙盘，其特征在于，包括：
步骤S101、基于GIS技术，建立所述建筑工程施工场所的三维地理信息模型；
步骤S102、基于BIM技术，构建所述建筑工程施工的建筑信息模型，并根据所述三维地理信息模型，对所述建筑信息模型进行剪裁；
步骤S103、根据所述三维地理信息模型和剪裁后的所述建筑信息模型，生成所述建筑工程施工的电子沙盘。
2.根据权利要求1所述的基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法，其特征在于，步骤S101具体为：根据获取的所述建筑工程施工场所的点云数据，生成所述三维地理信息模型。
3.根据权利要求2所述的基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法，其特征在于，在步骤S101中，通过无人机外挂激光雷达，对所述建筑工程施工场所进行扫描，得到所述建筑工程施工场所的点云数据。
4.根据权利要求1所述的基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法，其特征在于，在步骤S102中：
基于BIM技术，根据所述建筑工程施工中的施工规划，在所述三维地理信息模型中，生成所述建筑工程施工的建筑信息模型，其中，所述施工规划包括：道路规划、桥梁规划和隧道规划，所述建筑信息模型包括：道路信息模型、桥梁信息模型和隧道信息模型。
5.根据权利要求4所述的基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法，其特征在于，在步骤S102中，根据所述道路规划，确定所述道路信息模型的里程，以在所述三维地理信息模型中建立所述道路信息模型的道路中心线；且根据所述道路规划建立道路横断面，使所述道路横断面沿所述道路中心线扫掠，生成所述道路信息模型。
6.根据权利要求5所述的基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法，其特征在于，所述根据所述道路信息模型对所述三维地理信息模型进行剪裁具体为：在所述三维地理信息模型中，对所述道路信息模型位于所述三维地理信息模型的设定地面以上部分添加路堤边坡，对所述道路信息模型位于所述三维地理信息模型的设定地面以下的部分进行开挖。
7.根据权利要求4所述的基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法，其特征在于，在步骤S102中，
根据所述施工规划中的预设定位点，对所述道路信息模型、所述桥梁信息模型和所述隧道信息模型进行拼装，生成所述建筑工程施工的建筑信息模型。
8.根据权利要求1-7任一所述的基于BIM和GIS的电子沙盘构建方法，其特征在于，步骤S103具体为：将所述建筑信息模型在所述三维地理信息模型中集成，生成所述建筑工程施工的电子沙盘。
9.一种基于BIM和GIS的电子沙盘构建系统，用于建立建筑工程施工的电子沙盘，其特征在于，包括：
GIS模型构建单元，配置为基于GIS技术，构建所述建筑工程施工场所的三维地理信息模型；
BIM模型构建单元，配置为基于BIM技术，构建所述建筑工程施工的建筑信息模型；
电子沙盘生成单元，配置为根据所述建筑信息模型和所述三维地理信息模型，生成所述建筑工程施工的电子沙盘。
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